DE102011000689B4 - Control method and arrangement - Google Patents
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Abstract
Steuerungsverfahren zur Steuerung eines oder mehrerer Systeme (8, 8', 8'') und/oder einer oder mehrerer Einzelkomponenten eines zugeordneten Systems, wobei die Steuerungseingabe durch optische, akustische und/oder neuronale Signale (3) eines Bedieners erfolgt, mit den Prozessschritten: – Erfassen eines optischen, akustischen und/oder neuronalen Befehls (3) eines Bedieners; – Umwandeln des erfassten optischen, akustischen und/oder neuronalen Befehls (3) durch Erkennung in einen digitalen Wert (41); – Einordnen des digitalen Wertes (41) mittels Vergleichen des digitalen Wertes (41) mit Werten einer ersten Datenbank (231) in eine Gerätekennung, einen Steuerbefehl und/oder einen dritten Wert; – Erstellen und Bereitstellen eines digitalen Befehls (42) umfassend die Gerätekennung, den Steuerbefehl und/oder den dritten Wert in einer ersten Datenstruktur in einer ersten Schnittstelle; – Auslesen oder Empfangen des digitalen Befehls (42) der ersten Schnittstelle und Umsetzung des digitalen Befehls (42) in eine neue Datenstruktur zu einer digitalen Anweisung (43); – Ablegen und Bereitstellen der digitalen Anweisung (43) in einer zweiten Schnittstelle; – Auslesen oder Empfangen der in der zweiten Schnittstelle bereitgelegten digitalen Anweisung (43) durch eine oder mehrere Steuerungseinheiten (60, 60'); – Verarbeiten der digitalen Anweisung (43) durch die jeweilige(n) Steuerungseinheit(en) (60, 60') durch Umsetzen der digitalen Anweisung (43) in einen Maschinensteuerungsbefehl oder eine Maschinensteuerungsbefehlskette durch Vergleichen der digitalen Anweisung (43) mit einer Maschinensteuerungsbefehlsdatenbank (61) und – Ausführen des Maschinensteuerungsbefehls oder der Maschinensteuerungsbefehlskette durch Ansteuerung des gesamten zugeordneten Systems (8, 8', 8'') oder einer Einzelkomponente des zugeordneten Systems, wobei das Kommunizieren über die zweite Schnittstelle mittels einer Socket-Verbindung erfolgt, wobei eine TCP/IP Server-Client Socket-Verbindung (52-51) realisiert wird und die Socket-Verbindung (52-51) durch Senden eines vollständig leeren, oder mit ”0” gefüllten Befehls aufrecht erhalten wird, solange keine neuen Befehle erkannt und übertragen werden.Control method for controlling one or more systems (8, 8 ', 8 ") and / or one or more individual components of an assigned system, the control input being made by optical, acoustic and / or neural signals (3) from an operator, with the process steps - Detection of an optical, acoustic and / or neural command (3) from an operator; - Conversion of the detected optical, acoustic and / or neural command (3) by recognition into a digital value (41); - Classifying the digital value (41) by comparing the digital value (41) with values in a first database (231) in a device identifier, a control command and / or a third value; - creating and providing a digital command (42) comprising the device identifier, the control command and / or the third value in a first data structure in a first interface; - Reading out or receiving the digital command (42) of the first interface and converting the digital command (42) into a new data structure to form a digital instruction (43); - filing and making available the digital instruction (43) in a second interface; - Reading out or receiving of the digital instruction (43) provided in the second interface by one or more control units (60, 60 '); - Processing of the digital instruction (43) by the respective control unit (s) (60, 60 ') by converting the digital instruction (43) into a machine control command or a machine control command chain by comparing the digital instruction (43) with a machine control command database ( 61) and - Execution of the machine control command or the machine control command chain by controlling the entire assigned system (8, 8 ', 8' ') or an individual component of the assigned system, with communication via the second interface using a socket connection, with a TCP / IP server-client socket connection (52-51) is implemented and the socket connection (52-51) is maintained by sending a completely empty command or a command filled with “0” as long as no new commands are recognized and transmitted .
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Steuerung eines oder mehrerer Systeme und/oder einer oder mehrerer Einzelkomponenten eines zugeordneten Systems und eine Steuerungsanordnung für das Steuerungsverfahren, wobei die Steuerung durch optische, akustische und/oder neuronale Signale eines Bedieners erfolgt.The invention relates to a control method for controlling one or more systems and / or one or more individual components of an associated system and a control arrangement for the control method, wherein the control is performed by optical, acoustic and / or neural signals of an operator.
Derartige Systeme können sowohl elektrisch ansteuerbare, mechatronische, elektronische und/oder mechanische Systeme sein.Such systems can be both electrically controllable, mechatronic, electronic and / or mechanical systems.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen und Verfahren bekannt, um mittels akustischen oder optischen Signalen, Sprache oder Bewegungen eines Bedieners elektrische Geräte zu steuern.Various arrangements and methods are known from the prior art for controlling electrical devices by means of acoustic or optical signals, speech or movements of an operator.
Als Sprachsteuerung bezeichnet man die Übermittlung von Befehlen an technische Geräte, die per Stimme erfolgen. Das Prinzip der Sprachsteuerung kann grundsätzlich bei einer Vielzahl von Gerätetypen zum Einsatz kommen. Hierzu muss ein Modul für Spracherkennung vorgesehen sein, das sprachliche Äußerungen aufnehmen und interpretieren kann. Beispielsweise gibt es Software, mit der ein Betriebssystem eines PCs alternativ zu der Steuerung über gewöhnliche Eingabegeräte wie Maus oder Tastatur auch durch Sprachbefehle gesteuert werden kann. Sprachsteuerung wird außerdem bei Navigationssystemen in Pkws und LKWs eingesetzt. Der Fahrer des Fahrzeugs muss nicht mehr händisch per Tasten, Touchscreen oder Scrollrad ein Ziel eingeben, sondern kann die Befehle sowie die Straßen- und Ortsnamen per Spracheingabe an das Gerät übermitteln.Voice control refers to the transmission of commands to technical devices that are made by voice. The principle of voice control can basically be used in a variety of device types. For this purpose, a module for speech recognition must be provided that can record and interpret linguistic utterances. For example, there is software that allows an operating system of a PC to be controlled by voice commands as an alternative to control over ordinary input devices such as a mouse or keyboard. Voice control is also used in navigation systems in cars and trucks. The driver of the vehicle no longer needs to manually enter a destination via the keys, touchscreen or scroll wheel, but can transmit the commands as well as the street and place names to the device by voice input.
Zur optischen Befehlseingabe kann exemplarisch auf eine Vielzahl von im Stand der Technik bekannten Spielekonsolen verwiesen werden, die über eingebaute Bewegungssensoren verfügen. Diese registrieren die Position und die Bewegungen eines Bedieners, teilweise in Verbindung mit einem Controller, im Raum und setzen diese in entsprechende Bewegungen von Spielfiguren oder -elementen auf dem Bildschirm um. Weiter sind Gesichtserkennungsprogramme im Stand der Technik bekannt, die beispielsweise die Augenbewegung oder den Augenschlag erfassen können.For optical command input, reference may be made, by way of example, to a multiplicity of game consoles known in the prior art, which have built-in motion sensors. These register the position and movements of an operator, sometimes in conjunction with a controller, in space and translate them into corresponding movements of game characters or elements on the screen. Further, facial recognition programs are known in the art, which can detect, for example, the eye movement or the eye strike.
Des Weiteren sind im Stand der Technik sogenannte Softwareprogrammierbare Steuerungen (SPS) bekannt, mit Hilfe derer Maschinen, Systeme oder Teile davon gesteuert werden können. Hierzu sind genau vorbestimmte Programme in der SP abgelegt, die über eine Eingabekonsole aufgerufen werden können und so eine Maschine gemäß Vorgaben ansteuert.Furthermore, so-called software programmable controllers (PLC) are known in the prior art, with the aid of which machines, systems or parts thereof can be controlled. For this purpose, precisely predetermined programs are stored in the SP, which can be accessed via an input console and thus controls a machine according to specifications.
Aus der
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Weiter ist im Stand der Technik das OSI-Schichtemodell bekannt, welches auf einem ISO-Standard beruht und als Designgrundlage von Kommunikationsprotokollen in Rechnernetzen entwickelt wurde. Hierbei erfolgt das Senden von Anwenderdaten in Verbindung mit weiteren zum Transport und Übermittlung notwendigen Daten, wobei diese in mehreren Schichten aufgeteilt sind.Furthermore, in the state of the art, the OSI layer model is known, which is based on an ISO standard and has been developed as a design basis for communication protocols in computer networks. In this case, the transmission of user data in conjunction with other necessary for transport and transmission data, which are divided into several layers.
Problematisch an den bisher im Stand der Technik bekannten Anordnungen und Verfahren ist die sehr spezielle Auslegung von Sprachsteuerung auf ein spezielles System. Sprachgesteuerte Maschinen können das Alltags- und Arbeitsleben sehr erleichtern und insbesondere körperlich eingeschränkten Personen das Leben und den Alltag deutlich erleichtern. Statt permanentem betätigen von Knöpfen einer Fernbedienung, Waschmaschine, Mikrowelle oder dgl., könnte dies mit einer Steuerung per Sprache, Mimik, Gestik oder einer optischen Körperbewegung erreicht werden. Insbesondere für Menschen mit Handicap, die von sich aus keine „normalen” Haushaltsabläufe bewerkstelligen könnten oder Menschen, deren Hemmschwelle zu hoch liegt, um sich helfen zu lassen, wären derart ansteuerbare mechanische Hilfsmittel und Systeme eine große Erleichterung im Leben.A problem with the previously known in the prior art arrangements and methods is the very special interpretation of voice control on a special system. Speech-controlled machines can greatly facilitate everyday and working life and, in particular, make life and everyday life much easier for physically handicapped people. Instead of permanently pressing buttons of a remote control, washing machine, microwave or the like, this could be achieved with a control by voice, facial expressions, gestures or an optical body movement. Especially for people with disabilities who are on their own could not do "normal" household operations, or people whose inhibitions are too high to be helped, such controllable mechanical aids and systems would be a great relief in life.
Jedes mechanische System, Maschine, Roboter oder Hilfsmittel soll dabei keine eigene Sprachsteuerung aufweisen, da diese in der Regel nur mit dem einen Gerät funktionsfähig und kompatibel ist, da insbesondere die Verwendung sowohl in der Programmierung, als auch in der darauffolgenden Verwendung dieser Systeme sehr umständlich und teuer wäre. Es bedarf einer sehr kostspieligen Hardware, um alle Systeme parallel laufen zu lassen. Also wäre es, aufgrund dieses Problems, doch nur sinnvoll und vor allen Dingen hilfreich, eine gemeinsame Sprachsteuerung fur unterschiedliche Systeme anzugeben. Diese sollte zu möglichst geringen Kosten produzierbar sein und universell einsetzbar sein.Each mechanical system, machine, robot or tool should not have its own voice control, as this is usually functional and compatible only with one device, especially as the use both in programming, as well as in the subsequent use of these systems very cumbersome and expensive. It takes a very expensive hardware to run all systems in parallel. So, because of this problem, it would only be useful and above all helpful to specify a common voice control for different systems. This should be producible at the lowest possible cost and universally applicable.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung aufzuzeigen, die es ermöglichen, mittels Sprache, Mimik, Gestik und/oder Körperbewegungen sowie neuronalen Signalen, beispielsweise Gehirnströme, -impulse oder Nervensignale ein System, beispielsweise eine Maschine, ein Fahrzeug, eine Anlage oder dgl. zu steuern.The present invention has for its object to provide a method and an arrangement which make it possible by means of speech, facial expressions, gestures and / or body movements and neuronal signals, such as brain waves, impulses or nerve signals, a system, such as a machine, a vehicle, to control a plant or the like.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Anordnung nach Anspruch 14.This object is achieved by a method according to
Das Steuerungsverfahren zur Steuerung eines oder mehrerer Systeme und/oder einer oder mehrerer Einzelkomponenten eines zugeordneten Systems, wobei die Steuerungseingabe durch optische, akustische und/oder neuronale Signale eines Bedieners erfolgt, weist die folgenden Prozessschritte auf:The control method for controlling one or more systems and / or one or more individual components of an associated system, wherein the control input is performed by optical, acoustic and / or neuronal signals of an operator, comprises the following process steps:
- – Erfassen eines optischen, akustischen und/oder neuronalen Befehls eines Bedieners;- detecting an optical, acoustic and / or neural command of an operator;
- – Umwandeln des erfassten optischen, akustischen und/oder neuronalen Befehls durch Erkennung in einen digitalen Wert;- converting the detected optical, acoustic and / or neural command by recognition into a digital value;
- – Einordnen des digitalen Wertes mittels Vergleichen des digitalen Wertes mit Werten einer ersten Datenbank in eine Gerätekennung, einen Steuerbefehl oder einen dritten Wert;- classifying the digital value by comparing the digital value with values of a first database in a device identifier, a control command or a third value;
- – Erstellen und Bereitstellen eines digitalen Befehls umfassend die Gerätekennung, den Steuerbefehl und/oder den dritten Wert in einer ersten Datenstruktur in einer ersten Schnittstelle; - Creating and providing a digital command comprising the device identifier, the control command and / or the third value in a first data structure in a first interface;
- – Auslesen oder Empfangen des digitalen Befehls der ersten Schnittstelle und Umsetzung des digitalen Befehls in eine neue Datenstruktur zu einer digitalen Anweisung;- reading or receiving the digital command of the first interface and converting the digital command into a new data structure to a digital instruction;
- – Ablegen und Bereitstellen der digitalen Anweisung in einer zweiten Schnittstelle;- storing and providing the digital instruction in a second interface;
- – Auslesen oder Empfangen der in der zweiten Schnittstelle bereitgelegten digitalen Anweisung durch eine oder mehrere Steuerungseinheiten;Reading out or receiving the digital instruction provided in the second interface by one or more control units;
- – Verarbeiten der digitalen Anweisung durch die jeweilige(n) Steuerungseinheit(en) durch Umsetzen der digitalen Anweisung in einen Maschinensteuerungsbefehl oder eine Maschinensteuerungsbefehlskette durch Vergleichen der digitalen Anweisung mit einer Maschinensteuerungsbefehlsdatenbank undProcessing the digital instruction by the respective control unit (s) by translating the digital instruction into a machine control command or a machine control command string by comparing the digital instruction with a machine control command database and
- – Ausführen des Maschinensteuerungsbefehls oder der Maschinensteuerungsbefehlskette durch Ansteuerung des gesamten zugeordneten Systems oder einer Einzelkomponente des zugeordneten Systems.- Execute the machine control command or the machine control command chain by driving the entire associated system or a single component of the associated system.
- Als Systeme kommen sämtliche Geräteanordnungen in Frage, die Motoren und andere steuerbare Elemente aufweisen, die durch eine Steuerungseinheit, wie schaltbare Relais oder dgl., steuerbar sind. Als Beispiele können ein Hochregallager, ein Rollstuhl, ein Krankenbett oder dgl. Systeme oder aber auch Haushaltsgeräte, steuerbare Solaranlagen oder Windkraftanlagen genannt werden. Insbesondere Fahrzeuge aller Art, bevorzugt mit elektrischen Steuerungskomponenten und vorgesehenen Netzwerkinterfacen können gesteuert werden. Weiter sind Applikationen im militärischen Bereich denkbar, bspw. zur Steuerung von Kettenfahrzeugen, Panzern, Flugzeugen, Schiffen oder unmanned aircraft vehicles sowie weiteren Flugkörpern und -geräten.Suitable systems are all device arrangements which have motors and other controllable elements that can be controlled by a control unit, such as switchable relays or the like. As examples, a high-bay warehouse, a wheelchair, a hospital bed or the like. Systems or even household appliances, controllable solar systems or wind turbines can be mentioned. In particular, vehicles of all kinds, preferably with electrical control components and provided Netzwerkinterfacen can be controlled. Furthermore, applications in the military field are conceivable, for example for the control of tracked vehicles, tanks, aircraft, ships or unmanned aircraft vehicles and other missiles and equipment.
Pro erkanntem neuronalen, optischen oder akustischen Befehl wird ein digitaler Wert generiert wird, wobei entweder die Komponente Gerätekennung, Steuerbefehl oder dritter Wert mit einem entsprechenden Wert ausgefüllt wird und die anderen Werte leer gelassen werden, oder mit einem vorbestimmten Wert, bevorzugt mit „0”, gefüllt werden.A digital value is generated for each detected neural, optical or acoustic command, whereby either the component identifier, control command or third value is filled with a corresponding value and the other values are left blank, or with a predetermined value, preferably with "0". to be filled.
In die digitale Anweisung werden mindestens die Geratekennung und der Steuerbefehl eingespeichert.At least the device identifier and the control command are stored in the digital instruction.
Ein weiterer besonderer Vorteil ist es, wenn die Gerätekennung in der digitalen Anweisung solange beibehalten wird, bis eine neue Gerätekennung erkannt wird und diese kommuniziert wird, da hierdurch nur noch einzelne Kommandos gegeben werden müssen ohne dabei das Gerät zu nennen.Another particular advantage is that the device identifier is retained in the digital statement until a new device identifier is detected and this is communicated, as this only single commands must be given without mentioning the device.
Dadurch, dass das Erstellen und Bereitstellen des digitalen Befehls umfassend die Gerätekennung, den Steuerbefehl und/oder den dritten Wert in einer ersten Datenstruktur in einer Schnittstelle erfolgt, die ähnlich einem Postfach ausgebildet ist, wobei die digitalen Befehle chronologisch abgelegt werden und entsprechend dem First-In-First-Out Prinzip entnommen werden, können mehrere Befehle hintereinander eingegeben und erkannt werden. By virtue of the fact that the creation and provision of the digital command comprising the device identifier, the control command and / or the third value takes place in a first data structure in an interface that is similar to a mailbox, wherein the digital commands are stored chronologically and corresponding to the first data structure. In-first-out principle, several commands can be entered and recognized in succession.
Das Kommunizieren über die zweite Schnittstelle erfolgt mittels einer Socket-Verbindung, wobei bevorzugt eine TCP/IP Server-Client Socket-Verbindung realisiert wird. Die Kommunikation über Sockets, ein Softwarelink zwischen zwei oder mehreren Programmen, erfolgt in der Regel bidirektional, wodurch über das Socket sowohl Daten empfangen als auch gesendet werden können. Sockets können ebenfalls verwendet werden, um zwischen zwei oder auch mehreren Prozessen auf demselben rechnergestützten System Daten auszutauschen (Interprozesskommunikation). Das TCP Protokoll ist insbesondere sehr verlässlich und wird bevorzugt mit Stream Sockets verwendet.The communication via the second interface is carried out by means of a socket connection, wherein preferably a TCP / IP server-client socket connection is realized. Sockets communication, a software link between two or more programs, is typically bidirectional, which allows both data to be received and sent over the socket. Sockets can also be used to exchange data between two or more processes on the same computerized system (interprocess communication). In particular, the TCP protocol is very reliable and is preferably used with stream sockets.
In einer Server-Client Umgebung muss ein Server auf Anfragen von unbekannten Clients warten können. Bei Verwendung des TCP/IP kann unter Verwendung einer Wildcard-Adresse nur die Port-Nummer relevant sein, es wird eine spezielle (ungültige) IP-Adresse angegeben, um zu signalisieren, dass Verbindungen auf allen IP-Adressen akzeptiert werden sollen.In a server-client environment, a server must be able to service requests from unknown clients. When using TCP / IP, using only a wildcard address, only the port number can be relevant; a special (invalid) IP address is specified to signal that connections on all IP addresses should be accepted.
Java als plattformunabhängige Programmiersprache unterstützt im Paket java.net unmittelbar die Socket-Programmierung. Die Implementierung der Sockets für die verschiedenen Plattformen (Linux, Windows, Spezialsysteme) erfolgt in der Klassenbibliothek der virtuellen Maschine. Daher wird bevorzugt Java als Programmiersprache für die Socket-Verbindung genommen.Java as a platform-independent programming language directly supports socket programming in the java.net package. The implementation of the sockets for the various platforms (Linux, Windows, special systems) takes place in the class library of the virtual machine. Therefore, it is preferred to use Java as the programming language for the socket connection.
Dadurch, dass die Socket-Verbindung durch Senden eines vollständig leeren, bevorzugt mit ”0” gefüllten Befehls aufrecht erhalten wird, solange keine neuen Befehle erkannt und übertragen werden, ist ein sofortiges Ansteuern der Maschine oder eines Teils davon möglich ohne zuvor wieder eine neue Socket-Verbindung zu etablieren. Die Socket-Verbindung wird aufrecht erhalten ohne jedoch dabei konkrete Steuerbefehle zu senden. Die Socket-Verbindung würde getrennt werden, sobald der Client/Server keine weiteren Daten mehr senden muss.By maintaining the socket connection by sending a completely empty instruction, preferably filled with "0", as long as no new instructions are detected and transmitted, an immediate activation of the machine or a part thereof is possible without first a new socket Establish connection. The socket connection is maintained without, however, sending specific control commands. The socket connection would be disconnected as soon as the client / server no longer needs to send any more data.
Insbesondere wird das letzte angesteuerte bzw. ausgewählte Gerät bis zum nächsten Gerätewechsel beibehalten, so dass nicht immer ein Gerät neu an- bzw. ausgewählt werden muss, um mehrere Befehle des Bedieners hintereinander einzugeben.In particular, the last activated or selected device is retained until the next device change, so that a device does not always have to be newly selected or selected in order to enter several commands of the operator in succession.
Wenn die Prozessschritte
- – Erstellen und Bereitstellen eines digitalen Befehls umfassend die Gerätekennung, den Steuerbefehl und/oder den dritten Wert in einer ersten Datenstruktur in einer ersten Schnittstelle;
- – Auslesen oder Empfangen des digitalen Befehls der ersten Schnittstelle und Umsetzung des digitalen Befehls in eine neue Datenstruktur zu einer digitalen Anweisung und
- – Ablegen und Bereitstellen der digitalen Anweisung in einer zweiten Schnittstelle in einer geschlossenen Prozesskette erfolgen, erfolgt die Programmierung in einer eigenständigen und abgeschlossenen Prozedur.
- - Creating and providing a digital command comprising the device identifier, the control command and / or the third value in a first data structure in a first interface;
- Reading out or receiving the digital command of the first interface and translating the digital command into a new data structure into a digital statement and
- If the digital instruction is stored and made available in a second interface in a closed process chain, the programming takes place in a separate and completed procedure.
Dadurch, dass vor dem Ausführen einer Bewegung des Systems oder Teilen davon überprüft wird, ob eine Bewegung des Systems oder Teilen davon möglich ist, wird eine Sicherung eingebaut, die verhindert, dass das System oder Teile davon beschädigt werden oder aber Personen zu Schaden kommen. Beispielsweise kann es vorgegebene Maximalwerte geben, die ein weiteres Bewegen unmöglich machen bzw. dieses verbieten. Hierzu werden zum Überprüfen Sensoren ausgelesen, wobei die Sensoren Positionen und/oder Zustände des Systems oder von Teilen des Systems detektieren.Verifying that movement of the system or parts thereof is possible prior to making a movement of the system or parts thereof, a fuse is installed that prevents the system or parts thereof from being damaged or causing personal injury. For example, there may be predetermined maximum values that make further movement impossible or prohibit it. For this purpose, sensors are read out for checking, wherein the sensors detect positions and / or states of the system or of parts of the system.
Als dritter Wert wird eine Orts-, Richtungsangabe und/oder eine Regelgröße vorgegeben, so dass bestimmte Ansteuerungen möglich werden, wie beispielsweise die Ansteuerung eines Motors in die eine oder die andere Richtung sowie das Verfahren eines Roboters oder dgl. in einem dreidimensionalen Raum durch Angabe von Vektoren, wie z. B. der Fachnummer eines Hochregallagers, die entsprechend in eine räumliche Bewegung umgesetzt werden kann. Als Regelgrößen können beispielsweise Temperaturangaben oder Differenzen sowie Längen oder dgl. angegeben werden, die dann entsprechend umgesetzt werden.As a third value, a location, direction and / or a controlled variable is given, so that certain controls are possible, such as the control of a motor in one or the other direction and the method of a robot or the like. In a three-dimensional space by stating of vectors, such as. B. the subject number of a high-bay warehouse, which can be implemented accordingly in a spatial movement. For example, temperature data or differences as well as lengths or the like can be specified as controlled variables, which are then converted accordingly.
Zur weiteren Verbesserung werden Arbeitsabläufe in Schrittketten vordefiniert und entsprechend in einer Maschinensteuerungsbefehlsdatenbank hinterlegt. So können Befehlseingaben eine Abfolge von konkreten Schritten auslösen, die durch ein System ausgeführt werden.For further improvement, workflows are predefined in step sequences and stored accordingly in a machine control command database. Thus, command input can trigger a sequence of concrete steps performed by a system.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der momentane Gesamt- oder Teilsystemzustand visualisiert wird. Hierdurch erhält der Bediener eine optische oder akustische Rückmeldung des Systems, so dass der Bediener sicher sein kann, dass sein Befehl richtig umgesetzt wurde. It is particularly advantageous if the current overall or subsystem state is visualized. This gives the operator a visual or audible feedback of the system so that the operator can be sure that his command has been properly implemented.
Dadurch, dass der optische, akustische und/oder neuronale Befehl entsprechend „Notaus”, „Stopp”, „Handfläche entgegenstrecken” oder dgl. alle vorangehenden Befehle sofort überschreibt und dass das oder die Systeme oder Teile des Systems sofort in einen Halt-Modus gestellt werden, ist die Sicherheit des Bedieners und des Umfeldes gewährleistet, so dass keine Schäden entstehen können.In that the visual, acoustic and / or neural command corresponding to "emergency stop", "stop", "palm out" or the like immediately overrides all previous commands and that the system (s) or parts of the system are immediately put into a halt mode the safety of the operator and the environment is guaranteed, so that no damage can occur.
Anordnungsgemäß umfasst die Steuerungsanordnung für ein Steuerungsverfahren eine Hard- und Software zur Erfassung und Umwandlung von optischen, akustischen und/oder neuronalen Signalen mit einer Erkennungssoftware für Sprache, Mimik, Gestik, Handzeichen und/oder Bewegungen eines Bedieners, vorgesehen auf einem rechnergestützten System, bevorzugt einem eingebetteten System, eine Steuerungssoftware für ein System oder einen Teil des Systems mit einer Verbindung zu diesem System oder einem Teil des Systems, eine Datenverbindung zur Übertragung der erkannten optischen, akustischen und/oder neuronalen Signale in weiterverarbeiteter Form in die Steuerungssoftware, einer ersten Datenbank und einer Maschinensteuerungsbefehlsdatenbank. In der ersten Datenbank werden entsprechende Befehle des Bedieners hinterlegt, die mit Hilfe der Erkennungssoftware in entsprechenden Variablen bereitgestellt werden.According to the arrangement, the control arrangement for a control method comprises hardware and software for detecting and converting optical, acoustic and / or neuronal signals with recognition software for speech, facial expressions, gestures, hand signals and / or movements of an operator provided on a computer-aided system an embedded system, control software for a system or a part of the system with a connection to this system or a part of the system, a data connection for transmitting the detected optical, acoustic and / or neuronal signals in a further processed form into the control software, a first database and a machine control command database. In the first database corresponding commands of the operator are deposited, which are provided by means of the recognition software in corresponding variables.
Hardwaretechnisch sind eingebettete Systeme (embedded Systems) vorzuziehen, die speziell auf die unterschiedlichen Anwendungen abgestimmt werden können und so kostengünstig produziert und vertrieben werden können. Gleichwohl können auch handelsübliche Computer oder Industrie-PCs verwendet werden.In terms of hardware, embedded systems are preferred, which can be specially adapted to the different applications and thus can be produced and distributed cost-effectively. Nevertheless, commercially available computers or industrial PCs can also be used.
Die Steuerungssoftware ist eine Softwareprogrammierbare Steuerung (SPS) oder eine mittels einer Software modellierte Softwareprogrammierbare Steuerung auf einem rechnergestützten System (SoftSPS). Diese sind im Stand der Technik bekannt. Üblicherweise sind in dieser Steuerungssoftware unterschiedliche Programme hinterlegt, die jeweils abgefahren werden können. Eine Steuerung von Einzelbefehlen ist nicht üblich. Jedoch sind diese Steuerungen in der Lage mittels einer Schnittstelle ausgerüstet zu werden, die eine Eingabe an das System ermöglicht.The control software is a software programmable controller (PLC) or software modeled software programmable controller on a computerized system (SoftPLC). These are known in the art. Usually, different programs are stored in this control software, which can each be traversed. Control of single commands is not common. However, these controllers are able to be equipped by means of an interface which allows input to the system.
Zur Erfassung der akustischen Signale ist ein Mikrofon oder Akustikempfänger vorgesehen, das der Bediener mit seiner Stimme erreicht. Hierzu können Funkmikrofone in drahtloser Bauweise verwendet werden. Selbstverständlich können auch Raumüberwachungen oder dgl. verwendet werden. Die Erkennung erfolgt über eine Spracherkennungssoftware.To detect the acoustic signals, a microphone or acoustic receiver is provided, which the operator reaches with his voice. For this wireless microphones can be used in wireless design. Of course, room monitors or the like can be used. Recognition is via a speech recognition software.
Zur Erfassung der optischen Signale ist ein optischer Sensor, ein Video und/oder Kamerasystem vorgesehen, das die Mimik, Gestik, Zeichen, beispielsweise der Hand und/oder Bewegungen des Körpers oder der Extremitäten des Bedieners erfasst und diese an die Erkennungssoftware weiterleitet, wo entsprechend mit Hilfe einer Datenbank die Umsetzung in Befehle erfolgt.For detecting the optical signals, an optical sensor, a video and / or camera system is provided, which detects the facial expressions, gestures, signs, for example the hand and / or movements of the body or the extremities of the operator and forwards them to the recognition software, where appropriate with the help of a database the conversion into commands takes place.
Neuronale Signale können beispielsweise Gehirnströme oder -impulse sein, aber auch andere Nervensignale der Extremitäten, z. B. Hand, Arm, Finger, Beine, etc. Diese Signale können analog einer Spracherkennungssoftware verarbeitet werden, entsprechende Algorithmen sowie Datenbanken können entsprechend analog zur Spracherkennung vorgesehen werden. Die Erfassung derartiger neuronaler Signale wird über entsprechende Sensoren am Körper, beispielsweise integriert in einem Helm oder dgl., realisiert.Neuronal signals can be, for example, brain waves or impulses, but also other nerve signals of the extremities, e.g. As hand, arm, fingers, legs, etc. These signals can be processed analogously to a speech recognition software, appropriate algorithms and databases can be provided analogously to the speech recognition. The detection of such neuronal signals is realized via corresponding sensors on the body, for example integrated in a helmet or the like.
Die Verbindung zwischen Steuerungssoftware und System ist als Bus-System ausgebildet, so dass insbesondere ein Feldbussystem wie das CAN-Bus System verwendet werden können, um unterschiedliche Motoren und Aggregate anzusteuern. Andere Bus-Systeme sind ebenfalls möglich.The connection between control software and system is designed as a bus system, so that in particular a fieldbus system such as the CAN bus system can be used to control different engines and units. Other bus systems are also possible.
Zur Verbindung der Erkennungssoftware mit der Steuerungssoftware ist eine zwischengeschaltete Softwarebridge mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite vorgesehen, die die Verarbeitung der Befehle der Erkennungssoftware in der Steuerungseinheit gewährleistet. Hierzu werden insbesondere die vorgesehenen Variablen entsprechend angepasst und übertragen. Bevorzugt ist die Softwarebridge in Java programmiert, da gleichzeitig eine Socket-Verbindung mit Hilfe dieser Programmiersprache realisiert werden kann, die systemunabhängig ist.To connect the recognition software with the control software, an intermediate software bridge is provided with an input side and an output side, which ensures the processing of the commands of the detection software in the control unit. In particular, the intended variables are adapted and transmitted accordingly. Preferably, the Softwarebridge is programmed in Java, since at the same time a socket connection can be realized using this programming language, which is system-independent.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung ist gegeben, wenn die Hard- und Software zur Erfassung der optischen, akustischen und/oder neuronalen Signale mit der Erkennungssoftware für Sprache, Mimik, Gestik, Handzeichen und/oder Bewegungen eines Bedieners, vorgesehen auf einem rechnergestützten System, bevorzugt einem eingebetteten System, als Kommandoeinheit ausgebildet ist. Hierzu kann eine tragbare oder kleinstmögliche Einheit derart am System vorgesehen werden, dass eine einfache Bedienung möglich ist.A further possible embodiment is provided when the hardware and software for detecting the optical, acoustic and / or neural signals with the recognition software for speech, facial expressions, gestures, hand signals and / or movements of an operator, provided on a computerized system, preferably an embedded system, is designed as a command unit. For this purpose, a portable or smallest possible unit can be provided on the system in such a way that simple operation is possible.
Dadurch, dass die Steuerungssoftware auf einem zweiten rechnergestützten System, bevorzugt einem eingebetteten System abläuft und mit diesem eine Steuerungseinheit bildet, kann diese Einheit separat an dem System angeordnet werden. Es können insbesondere mehrere Steuerungseinheiten und/oder mehrere Kommandoeinheiten vorgesehen werden, wobei die Verbindung zwischen den Einheiten als Netzwerk ausgebildet ist, wobei bevorzugt die Verbindung eine TCP/IP Socket-Verbindung ist. Die Netzwerkverbindung kann kabelgebunden sein oder aber über eine Funk-Verbindung realisiert werden.Since the control software runs on a second computer-aided system, preferably an embedded system, and forms a control unit with it, this unit can be arranged separately on the system. In particular, a plurality of control units and / or a plurality of command units may be provided, wherein the connection between the units is formed as a network, wherein preferably the connection is a TCP / IP socket connection. The network connection can be wired or realized via a radio connection.
Bei einer Ansteuerung von mehreren Systemen erfolgt zunächst eine Ansteuerung eines bestimmten Systems durch einen ersten Befehl mit Hilfe dessen das System ermittelt wird. Solange kein neues System angewählt wird, erfolgen alle weiteren Befehle oder Angaben für dieses ausgewählte System, so dass nunmehr vom Bediener lediglich die Steuer-, Fahr- und/oder Regelbefehle bzw. Richtungs- und/oder Regelgrößen gesprochen oder signalisiert werden müssen.When a plurality of systems are actuated, a system is initially controlled by a first command with the aid of which the system is determined. As long as no new system is selected, all other commands or information for this selected system, so that now only the control, driving and / or control commands or direction and / or controlled variables must be spoken or signaled by the operator.
Als mögliche Einsatzgebiete sind als Systeme beispielsweise ein Krankenfahrstuhl, ein Krankenbett oder ein Fahrstuhl denkbar. Aber auch ein Hochregallager kann mit einem derartigen Verfahren und einer entsprechenden Anordnung bedient werden. Die Ansteuerung mehrerer Geräte in einem Krankenhauszimmer, nämlich Fernseher, Radio, Krankenbett und dgl. kann über eine Kommandoeinheit erfolgen.As possible applications as systems, for example, a hospital elevator, a hospital bed or an elevator conceivable. But even a high-bay warehouse can be operated with such a method and a corresponding arrangement. The control of several devices in a hospital room, namely television, radio, hospital bed and the like. Can be done via a command unit.
Aber insbesondere können auch CNC-Fräsmaschinen oder gar Kraftfahrzeuge auf einfachste Weise durch akustische und/oder optische Befehle gesteuert werden.But especially CNC milling machines or even motor vehicles can be controlled in the simplest way by acoustic and / or optical commands.
Als weitere Ausgestaltung ist eine zwingende Kombination eines optischen Befehls mit einem akustischen Befehl gleichzeitig oder kurz nacheinander sinnvoll, um sicher zu stellen, dass der Bediener tatsächlich den Befehl ausführen will. Hierzu kann nach der Erfassung des ersten Befehls eine Visualisierung des zweiten Befehls auf einem Display oder dgl. erfolgen, wobei der Bediener nunmehr diesen Befehl angeben muss, damit der Befehl insgesamt ausgeführt werden kann. Zum Beispiel wird der akustische Befehl ”hoch” ausgesprochen und als Bestätigungssignal wird der Daumen nach oben gezeigt. Dies kann selbstverständlich gleichzeitig geschehen, da entsprechend hohe Abtastraten denkbar sind, so dass beide Befehle quasi gleichzeitig detektiert werden können.As a further embodiment, a compelling combination of an optical command with an acoustic command simultaneously or in quick succession makes sense to ensure that the operator actually wants to execute the command. For this purpose, after the detection of the first command, a visualization of the second command can take place on a display or the like, whereby the operator now has to specify this command so that the command can be executed in its entirety. For example, the audible command is pronounced "high" and the thumb signal is shown as a confirmation signal. This can of course be done simultaneously, since correspondingly high sampling rates are conceivable, so that both commands can be detected virtually simultaneously.
Zur Absicherung von Bedieneingaben ist es weiter sinnvoll, wenn bei der Erfassung und Erkennung/Verarbeitung eine Sicherheitsüberprüfung erfolgt. Diese Sicherheitsüberprüfung umfasst die Prüfung, ob der gewählte Befehl tatsächlich ausgeführt werden soll. Dies kann beispielsweise durch wiederholtes Signalisieren des Befehls, sowohl optisch, akustisch und/oder neuronal, auch in einer anderen als der ersten Eingabeart, erfolgen. Weiter konnte als Sicherheitsmaßnahme vorgesehen sein, dass vor Beginn einer Eingabe ein spezielles Signal durch den Benutzer erfolgt und/oder dass die Eingabe durch ein spezielles Signal beendet wird.To safeguard operator inputs, it is also useful if a security check is carried out during the detection and detection / processing. This security check involves checking whether the selected command should actually be executed. This can be done, for example, by repeatedly signaling the command, both optically, acoustically and / or neuronally, also in a form other than the first input type. Furthermore, it could be provided as a safety measure that before the beginning of an input, a special signal is given by the user and / or that the input is terminated by a special signal.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden
In
Die Steuerungsanordnung besteht aus einer Kommandoeinheit
Die Steuerungseinheit
Die Kommandoeinheit
Die Erfassungshard- und -software
Das entscheidende Element ist die Datenverbindung
An der Kommandoeinheit
Über das Netzwerk
Zunächst wird das durch einen Bediener ausgesprochene Wort, ein akustisches Signal
Nachfolgend wird exemplarisch eine mögliche Füllung der Variablen
Anhand der obigen Tabelle soll die Funktion der Variablen verdeutlicht werden. Die Variablen werden entsprechend den definierten Begriffen gefüllt. Nachfolgend werden die Beispiele erläutert:Based on the above table, the function of the variables should be clarified. The variables are filled according to the defined terms. The examples are explained below:
Beispiel 1:Example 1:
Der akustische Befehl „ALLES STOP” ist ein Sonderbefehl, der alle ansteuerbaren Systeme
Beispiel 2:Example 2:
Der akustische Befehl „Bett Kopfteil hoch” wird entsprechend einer vorgegebenen Datenbank, in der entsprechende erkannte Wörter mit entsprechenden Zahlen bzw. allgemein Variablenwerte in Relation gesetzt sind, in die Zahl „17” in Variable
Beispiel 3:Example 3:
Der akustische Befehl „Bett Kopfteil runter” im Anschluss an den Befehl aus Beispiel 2 bewirkt eine Änderung lediglich der dritten Variablen
Beispiel 4.Example 4.
Der akustische Befehl „Stopp” nach dem Befehl aus Beispiel 3 bewirkt, dass das Bett gestoppt wird, nämlich dadurch, dass die Variablen
Kommandos wie „Bett in Schlafposition”, können auch in mehrere hintereinander ausführbare Befehle abgelegt werden, so dass diese dann nacheinander die entsprechenden Motoren ansteuern. Hierzu ist ein „Postfach” sinnvoll, welches nach dem First-In-First-Out Prinzip arbeitet.Commands such as "bed in sleep position" can also be stored in several successive executable commands, so that they then successively control the corresponding engines. For this purpose, a "post office box" makes sense, which works according to the first-in-first-out principle.
Sobald eine Steuerungseinheit
Beispiel 5:Example 5:
Der akustische Befehl „mittlere Schranktür auf” ändert die Variablen
Beispiel 6:Example 6:
Der akustische Befehl „zu” im Anschluss an den Befehl aus Beispiel 5 ändert nur die letzte Variable
Beispiel 7:Example 7:
Der akustische Befehl „linke Schranktür auf” bewirkt ein entsprechendes Überschreiben aller Variablen
Beispiel 8:Example 8:
Der akustische Befehl „linke Schranktür auf” kann sowohl alle Variablen ändern als auch nur die letzte Variable
Beispiel 9:Example 9:
Der akustische Befehl „Gang 7 Regal 4 Fach 2 entladen” löst die Änderung aller drei Variablen aus. Es wird nunmehr ein Hochregallager angesteuert, das aus mehreren Gängen mit jeweils mehreren Regalen und mehreren Fächern besteht. In diesem Beispiel soll ein Fach 2 aus Regal 4 des 7. Ganges entladen werden. Hierzu werden die Variablen
Im Weiteren werden die obigen drei erläuterten Variablen
Als spezielles Ausführungsbeispiel wird als Erkennungshard- und -software
Die Steuerungsanordnung aus der Kommandoeinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DatenverbindungData Connection
- 1111
- Brückensoftwarebridge software
- 22
- KommandoeinheitCommanders
- 2020
- Erfassungshard- und -softwareAcquisition hardware and software
- 2121
- Erfassungshardwareacquisition hardware
- 2222
- Erkennungssoftware-ErkennungRecognition software recognition
- 2323
- Erkennungssoftware-UmwandlungRecognition software conversion
- 231231
- erste Datenbankfirst database
- 33
- akustisches Signalacoustic signal
- 4141
- digitaler Wertdigital value
- 4242
- digitaler Befehldigital command
- 421421
- erste Variablefirst variable
- 422422
- zweite Variablesecond variable
- 423423
- dritte Variablethird variable
- 4343
- digitale Anweisungdigital instruction
- 55
- Netzwerknetwork
- 5151
- TCP-Socket-ClientTCP socket client
- 5252
- TCP-Socket-ServerTCP socket server
- 66
- Steuerungssoftwarecontrol software
- 60, 60'60, 60 '
- Steuerungseinheitcontrol unit
- 6161
- MaschinensteuerungsbefehlsdatenbankMachine control command database
- 77
- CAN-BusCAN bus
- 7171
- Steuerleitungcontrol line
- 8, 8', 8''8, 8 ', 8' '
- steuerbares Systemcontrollable system
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|---|---|---|---|
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- 2011-02-14 DE DE201110000689 patent/DE102011000689B4/en not_active Expired - Fee Related
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| Wikipedia: OSI-Modell (Stack). Version vom 27.01.2011, URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=OSI-Modell&oldid=84470449, abgerufen am 03.11.2011. * |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: HANSEN, JOCHEN, DIPL.-GEOPHYS., DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |